книги / Типовые расчеты при сооружении и ремонте газонефтепроводов
..pdf5.3. Определяем по формулам (1.77), (1.79) и (1.78) плотность газа рвс9
требуемое количество нагнетателей тн и производительность нагнетателя при |
|
||||||||||||||
условиях всасывания QBc |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
5,087-293-1 |
=44,098 |
кг/м3; |
|
|
|
|
||||||
|
Рве —0*768- |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
0,1013-292,2-0,873 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
тн |
93,46 = 2,867; |
значение тн округляем до |
тн~3; |
|
|
|||||||||
|
|
32,6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
QKC |
Per |
93,46-106 |
0,768 |
= 376,8 м3/мин. |
|
|
||||||
|
QBC - 24-60-тн |
Рве |
24-60-3 |
44,098 |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||||
5.4. |
|
Задаваясь несколькими значениями оборотов ротора в диапазоне |
|||||||||||||
возможных частот вращения ГПА, определяем Qnp и [п/пн]пр- Результаты |
|||||||||||||||
вычислений приведены в табл. 1.17. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 1.17 |
||
Частота |
|
п |
Цн_ |
Qnp ~ ~п |
*QBC |
Г» |
1 |
|
n |
zn p 'Rnp'Tnp |
|
||||
вращения |
|
п |
|
|
|||||||||||
л, мин'1 |
пн |
|
|
|
|
|
\.п н \ пр пн |
\ zBC R |
TBC |
|
|||||
3750 |
0,765 |
1,307 |
|
492,4 |
|
|
|
0,809 |
|
|
|
||||
4000 |
0,816 |
1,225 |
|
461,6 |
|
|
|
0,863 |
|
|
|
||||
4500 |
0,918 |
1,089 |
|
410,3 |
|
|
|
0,971 |
|
|
|
||||
5000 |
1,020 |
0,980 |
|
369,3 |
|
|
|
1,079 |
|
|
|
||||
5560 |
1,135 |
0,881 |
|
332,1 |
|
|
|
1,200 |
|
|
|
||||
Полученные точки |
Qnp |
- [п/пн]пр |
наносятся |
на |
характеристику |
||||||||||
нагнетателя и соединяются линией режимов (рис. 1.20). |
|
|
|
|
|||||||||||
5.5. |
|
Вычисляем |
по |
формуле |
(1.80) |
требуемую |
степень повышения |
||||||||
давления |
|
7,46 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= 1,475. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
£ ~ 5,056 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
По характеристике нагнетателя (рис. 1.20) определяем расчетные |
|||||||||||||||
значения |
приведенных параметров. |
Проведем |
горизонтальную |
линию |
из |
||||||||||
е= 1,475 до линии режимов и найдем точку пересечения (/4). Восстанавливая |
|||||||||||||||
перпендикуляр |
из |
этой |
точки до пересечения с горизонтальной осью, |
||||||||||||
находим |
|
м3/мин. |
|
Аналогично |
|
определяем |
|
77/70/7=0,848 |
и |
||||||
[NJРвс\пр=390 кВт/(кг/м3). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
5.6. |
|
Определим |
расчетную |
частоту |
вращения |
вала |
нагнегателя по |
||||||||
формуле (1.82) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
п =4900 • —— = 4759 мин'1. 388
Значения расчетных величин: |
ТПр =288К; |
R nf= 508,2 Дж/(кг К); |
|
Znr=0,888; |
л//=4900 об/мин. |
Рис. 1.20. Приведенные характеристики нагнетателя ГПА-Ц-16/76
5.7.Рассчитываем по формуле (1.81) внутреннюю мощность, потребляемую ЦН
5.8.С учетом, что механические потери мощности составляют 1% от номинальной мощности ГТУ, по формуле (1.83) определяем мощность на
муфте привода
N e =15756 + 160=15916 кВт.
5.9.По формуле (1.84) Вычисляем располагаемую мощность ГТУ
5.10.Проверяем условие Ne <Nep Условие 15916<15952 выполняется.
5.11.Рассчитываем по формуле (1.85) температуру газа на выходе ЦН
1,31-1
ТНАГ =291,7 1,4751,310,848 =325,2К.
2 |
ПОДЗЕМНЫХПРОЧНОСТЬ И УСТОЙЧИВОСТЬ |
ГЛАВА |
ТРУБОПРОВОДОВ*»____________ |
|
Магистральные и промысловые трубопроводы находятся в |
процессе эксплуатации в сложном напряженном состоянии, подвергаясь воздействию не только внутреннего давления, но и многих других нагрузок, проявляющихся в особых ситуациях.
Под прочностью трубопровода будем понимать его способность сопротивляться внутренним и внешним нагрузкам без разрушения. Прочность является сложной функциональной зависимостью между несущей способностью материала, из которого сделаны различные конструкции трубопровода (прямые участки, кривые, отводы, тройниковые соединения и т.п.) и усилиями, возникающими в этих конструкциях под действием внутренних и внешних нагрузок.
Поскольку разрушение трубопроводных конструкций происходит, когда их несущая способность оказывается недостаточной для восприятия действующих в них усилий, то обеспечение прочности трубопровода может достигаться как регулированием физико-механических характеристик материала труб, их размеров (диаметра, толщины стенки), так и изменением величины усилий, действующих в элементах конструкций.
Под устойчивостью трубопровода будем понимать его способность сохранять первоначальное положение при самом неблагоприятном сочетании нагрузок и воздействий.
Расчет трубопроводов на прочность и устойчивость включает определение толщины стенок труб и соединительных деталей, проведение проверочного расчета принятого конструктивного решения на неблагоприятные сочетания нагрузок и воздействий с оценкой прочности и устойчивости рассматриваемого трубопровода, включая оценку устойчивости положения (против всплытия).
2.1.Нагрузки и воздействия
Согласно СНиП 2.05.06-85* [114], СП 34-116-97 [125] при расчетах магистральных и промысловых трубопроводов должны учитываться нагрузки и воздействия, возникающие при их сооружении, испытании и эксплуатации. Нагрузки и воздействия, а также вызываемые ими усилия и
** Глава 2 написана совместно с к.т.н., доц. Волоховым В. Я.
напряжения, установленные нормативными документами на основании статистического анализа, называются нормативными и обозначаются здесь и далее с индексом «н». Расчетные значения нагрузок и воздействий определяются умножением нормативных величин на соответствующий коэффициент надежности по нагрузке п, учитывающий возможные отклонения их в неблагоприятную сторону (табл.2.1).
В зависимости от характера действия нагрузки и воздействия по СНиП 2.01.07-85* [112] подразделяются на постоянные и временные (длительные, кратковременные и особые).
К постоянным относятся нагрузки и воздействия, действующие в течение всего срока строительства и эксплуатации трубопровода. Расчетные и нормативные значения постоянных нагрузок и воздействий определяются следующим образом.
1. Нагрузка от собственного веса металла трубы
Ям ” ^С.в.Ям ~ ПС . в . У ~ ПС Л . У ~~ ^вн) » |
(2-1) |
где qMyq"соответственно расчетная и нормативная нагрузки;
псв - коэффициент надежности по нагрузке от действия собственного веса,
равный 1,1, |
а при расчете на продольную устойчивость и устойчивость |
|||||
положения - |
равный |
0,95; |
ум- |
удельный вес |
материала, |
из которого |
изготовлены |
трубы (для |
стали |
ум- |
78500 Н/м3); |
F - площадь |
поперечного |
сечения стенки трубы; Deu- внутренний диаметр трубы; Dn- наружный диаметр трубы.
2. Нагрузка от собственного веса изоляции для подземных трубопроводов
Яиз ~~ Яи.л Яоб ~~ ^с.вЯ га^и.п Яоб) |
(2*2) |
где Яи.п >Яи.п >Яоб »Яоб “ соответственно расчетные и нормативные |
нагрузки от |
веса изоляционного покрытия и оберточного слоя, |
|
q ln =kwnD„8unp ung |
(2.3) |
Яоб = ku]7rD„So6p o6g |
(2.4) |
Здесь кш - коэффициент, учитывающий величину нахлеста; при однослойной изоляции (обертке) кш - 1,09; при двухслойной изоляции (обертке) кш= 2,30;
S u n - толщина изоляционной ленты, приведенная для различных материалов в табл. 2.2; р и п - плотность изоляционных материалов; 8о6- толщина обертки;
р о6- плотность оберточных материалов; g - ускорение свободного падения.
Значения коэффициентов надежности по нагрузке в зависимости от характера и воздействия
Характер |
Нагрузки и воздействия |
нагрузки и |
|
воздействия |
|
1 |
2 |
Постоянные |
Масса (собственный вес) |
|
трубопровода' и |
|
обустройств |
|
Воздействие |
|
предварительного |
|
напряжения трубопровода |
|
(упругий изгиб и др.) |
|
Давление (вес) грунта |
|
Гидростатическое |
|
давление воды |
Временные |
Внутренне давление для |
длительные |
газопроводов |
|
Внутреннее давление для |
|
нефтепроводов и |
|
нефтепродуктопроводов |
|
диаметром 700-1200 мм с |
|
промежуточными НПС без |
|
подключения емкостей |
|
Внутреннее давление для |
|
нефтепроводов диаметром |
|
700-1200 мм без |
|
промежуточных или с |
|
промежуточными НПС, |
|
работающими постоянно |
|
только с подключенной |
|
емкостью, а также для |
|
нефтепроводов и |
|
нефтепродуктопроводов |
|
диаметром менее 700 мм |
Способ прокладки |
Коэффициент |
|
трубопровода |
надежности по |
|
подземный, |
надзем |
нагрузке |
наземный |
ный |
|
(в насыпи) |
4 |
5 |
3 |
||
+ |
+ |
1,10(0,95) |
+ |
+ |
1,10(0,90) |
+ |
|
1,20(0,80) |
+ |
|
1,00 |
+ |
+ |
1,10 |
+ |
-f |
U 5 |
-f- |
+ |
1,10 |
1
Кратковременные
Особые
2 |
3 |
Продолжение табл.2.1. |
|
4 |
5 |
||
Масса продукта или |
+ |
+ |
1,00 (0,95) |
воды |
+ |
+ |
|
Температурные |
1,00 |
||
воздействия |
+ |
+ |
|
Воздействия |
1,50 |
||
неравномерных |
|
|
|
деформаций грунта, не |
|
|
|
сопровождающиеся |
|
|
|
изменением его |
|
|
|
структуры |
- |
+ |
|
Снеговая нагрузка |
1,40 |
||
Ветровая нагрузка |
|
+ |
1,20 |
Гололедная нагрузка |
+ |
+ |
1,30 |
Нагрузка, вызываемая |
|
1,20 |
|
морозным |
|
|
|
растрескиванием |
|
|
|
грунта |
+ |
+ |
|
Нагрузки и |
1,20 |
||
воздействия, |
|
|
|
возникающие при |
|
|
|
пропуске очистных |
|
|
|
устройств |
+ |
+ |
1,00 |
Нагрузки и |
|||
воздействия, |
|
|
|
возникающие при |
|
|
|
испытании |
|
|
|
трубопроводов |
+ |
+ |
1,00 |
Воздействия селевых |
|||
потоков и оползней |
|
|
|
Воздействие |
+ |
+ |
1,00 |
деформаций земной |
|
|
|
поверхности в районах |
|
|
|
горных выработок и |
|
|
|
карстовых районах |
|
|
|
Воздействие |
+ |
+ |
1,00 |
деформаций грунта, |
|
|
|
сопровождающихся |
|
|
|
изменением его структуры (например, деформация просадочных грунтов)
Воздействия + 1,05 вызываемые развитием солифлюкционных и термокарстовых процессов
Примечание: I. Знак «+» означает, что нагрузки и воздействия учитываются, знак «-»—не учитываются.
2. Значение коэффициента надежности по нагрузке, указанные в скобках, должны приниматься при расчете трубопроводов на продольную устойчивость и устойчивость положения, а также в других случаях, когда уменьшение нагрузки ухудшает условия работы конструкции.
3.Плотность воды следует принимать с учетом засоленности и наличия в ней взвешенных частиц.
4.Когда по условиям испытания, ремонта или эксплуатации возможно в газопроводах полное или частичное заполнение внутренней полости водой или конденсатом, а в нефтепроводах и в нефтепродуктапроводах попадание воздуха или опорожнение трубопровода, необходимо учитывать изменения нагрузки от веса продукта.
5.Для нефтепроводов нефтепродуктопроводов диаметром 700 мм и более на всех промежуточных перекачивающих станциях, работающих без подключения емкостей, следует устанавливать устройства по защите линейной части трубопроводов от воздействия переходных процессов.________________________
Для ориентировочных расчетов надземных переходов вес изоляционного покрытия и различных устройств, которые могут быть установлены на трубопроводе, можно принять равным 10% от собственного веса металла трубы
дш =пе,0,1-дЧ |
(2.5) |
3. Воздействие предварительного напряжения, создаваемого за счет упругого изгиба при поворотах трубопровода в горизонтальной и вертикальной плоскостях.
Продольные изгибающие напряжения а т в этом случае определяются по формуле:
v u = * ï= E D H/ 2 p |
|
(2.6) |
где Е - модуль упругости материала трубы (для стали f = I I |
Ю5 МПа); |
|
р - радиус упругого изгиба трубопровода. |
|
|
Здесь коэффициент надежности по нагрузке |
—1,0. |
|
Характеристики изоляционных материалов |
|
||
Тип, маркировка |
Толщина, |
Масса 1м2, |
Плотность |
изоляционных материалов |
мм |
кг/м2 |
материала |
|
|
|
]изоляционного |
|
|
|
покрытия |
|
|
|
(обертки), |
Отечественные изоляционные ленты |
кг/м3 |
||
|
|||
Летняя ПИЛ, ТУ 19-103-78 |
0,3 |
- |
- |
Зимняя ПВХ-БК,ТУ 102-166-82 |
0,35 |
|
- |
Зимняя ПВХ-Л, ТУ 102-320-86 |
0,3 |
- |
- |
Отечественные обертки |
|
||
Пленка оберточная ПЭКом, |
0,6 ± 0,05 |
0,53 |
880 |
ТУ 102-284-81 |
|
|
|
Пленка оберточная ПДБ, |
0,55 ± 0,05 |
0,58 |
1050 |
ТУ 21-27-49-76 |
|
0,634 |
1268 |
Пленка полимерная ПВХ, |
0,5 ± 0,1 |
||
ТУ 102-123-78 |
|
|
1175 |
Оберточный материал ПВХ, |
0,6 ±0,1 |
0,705 |
|
ТУ 102-123-78 |
|
|
|
Импортные изоляционные ленты |
|
||
Поликен 980-25 (США) |
0,635 |
0,664 |
1046 |
Плайкофлекс 450-25 (США) |
0,635 |
0,664 |
1046 |
Тек-Рап 240-25 (США) |
0,635 |
0,735 |
1157 |
Нитто - 53-635 (Япония) |
0,635 |
0,692 |
1090 |
Фуракава Рапко НМ-2 |
0,640 |
0,648 |
1010 |
(Япония) |
|
0,664 |
1046 |
Альтене 100-25 (Италия) |
0,635 |
||
Пластизол (Югославия) |
0,630 |
0,655 |
1040 |
Импортные обертки |
|
||
Поликен 955-25 (США) |
0,635 |
0,653 |
1028 |
Плайкофлекс 650-25 (США) |
0,635 |
0,640 |
1008 |
Тек-Рап 260-25 (США) |
0,635 |
0,680 |
1071 |
Нитто - 53-635 (Япония) |
0,635 |
0,670 |
1055 |
Фуракава Рапко РВ-2 (Япония) |
0,640 |
0,633 |
989 |
Альтене 205-25 (Италия) |
0,635 |
0,653 |
1028 |
Пластизол (Югославия) |
0,635 |
0,655 |
1031 |
4. Давление грунта qzp на трубопровод ориентировочно можно определить как
Ягр *“ ^грЯгр ~~ ^грУгр^ср |
(2.7) |
где пгр - коэффициент надежности по нагрузке от веса грунта, равный 1,2, а
при расчетах на продольную устойчивость и устойчивость положения - 0,8; Уср“ удельный вес грунта; hcp - средняя глубина заложения оси трубопровода.
5. Гидростатическое давление воды qe? определяется весом столба жидкости над рассматриваемой точкой при коэффициенте надежности по нагрузке пвг=1,0
Яв,=Яе,=гЛ |
(2.8) |
гДе Ув “ удельный вес воды с учетом засоленности и наличия взвешенных частиц; he - высота столба жидкости над рассматриваемой точкой.
Временными называются нагрузки и воздействия, которые в отдельные периоды строительства и эксплуатации могут отсутствовать.
Кдлительным временным нагрузкам и воздействиям относятся:
1.Внутреннее давление р , рабочее (нормативное) значение которого
устанавливается проектом. Для нефтепроводов и нефтепродуктопроводов принятое давление не должно быть ниже упругости паров транспортируемого продукта при максимальной расчетной температуре. Внутреннее давление вызывает в стенках трубопровода кольцевые и продольные напряжения. Кольцевые напряжения <7^ [10] действуют тангенциально поверхности
трубопровода
|
пррО«< |
(2.9) |
|
а кц “ П р°кц |
|
|
28„ |
|
где пр |
коэффициент надежности по нагрузке |
от внутреннего давления, |
равный 1,15 для нефтепроводов диаметром 700 - 1400 мм с промежуточными
перекачивающими станциями без подключения емкостей и 1,1 - |
в остальных |
||
случаях; <?„- номинальная толщина стенки трубы. |
|
||
Продольные напряжения от внутреннего давления в прямолинейном |
|||
полностью защемленном подземном или надземном трубопроводе |
|
||
_ |
_ « |
_ Л 1 С npPDe> |
(2.10) |
а прр - Пр°прр ~ пр№кц -идэ-- --- |
|||